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18650电池热失控行为的影响因素都有哪些?

北极星储能网讯:热失控是

实验中采用的18650电池正极为NMC材料,负极为石墨材料,电池的容量为3.35Ah,

电池外壳结构也分为三类:1)外壳厚度220um,有底部防爆阀;2)外壳厚度220um,没有底部防爆阀;3)外壳厚度250um,没有底部防爆阀。

传统的加速量热设备只能够分析电池在热失控中一共产生了多少热量,为了分析锂离子电池热失控中有多少热量随着电池喷发而被带到周围空间,Donal P. Finegan等人设计了如下图所示的加速量热设备,从而实现了对于喷发物带走的热量的定量分析。

内短路器的安放位置也对于锂离子电池的热失控行为具有显著的影响,从上表d能够看到如果内短路器安放在电池的上部会大大增加电池从上部泄压的风险,从顶部撕裂的概率达到64%。如果将内短路器放置在电池的底部则能够完全避免从电池上部泄压,所有的电池都会从电池的底部进行泄压,但是会有17%的电池从壳体的侧面撕裂泄压。如果将内短路器安置在电池的中间位置,则有8%的电池会从顶部喷发和撕裂,而54%和62%的电池会从电池的底部发生喷发和撕裂。可以看到内短路器的放置位置对于18650电池最终在热失控中的行为具有显著的影响,内短路器靠近哪一端,则电池在该端喷发和撕裂的风险就会大大增加。

内短路器的放置深度也对于电池的热失控行为有一定的影响,将内短路器的放置深度从6层调整为3层后,会导致电池从顶部撕裂的概率有轻微的上升(8%上升到18%),从底部撕裂的概率有轻微的下降(62%下降到45%)。

下图对比了内短路器放置位置对于电池热失控中热量扩散途径的影响,从下图b和c能够看到内短路器的放置位置对于电池热失控放出的总热量没有显著的影响,但是对于热失控热量的扩散途径具有显著的影响。对于具有底部防爆阀的电池而言,如果内短路器放置在电池的顶部,则有51.1%的热量会从电池的顶部喷出,11.7%的热量从电池的底部喷出。但是如果将内短路器放置在电池的底部,则只有32.5%的热量从电池顶部喷出,31.3%的热量会从电池的底部喷出。

从下图c能够看到内短路器的放置深度对于锂离子电池的热失控行为也有一定的影响,内短路器放置深度为6层时,电池放出的总热量(59kJ)要小于放置深度为3层时(63.1kJ)。同时内短路器放置深度比较大时也使得18650电池热失控从电池底部释放的热量也更多。

对比下图b和d我们还能发现,在有底部泄压阀的情况下,热失控中从电池顶部喷出的热量大大减少,电池底部喷出的热量显著的增加,电池壳体保留的热量明显增加,有底部泄压阀的电池热失控后重量也要比没有底部泄压阀的电池重5g(24%),表明底部泄压阀能够有效的降低电池内部热失控过程中的气压,从而减少气流带走的电池内部高温活性物质,降低了热失控扩散的风险。

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